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In dieser Arbeit wird der Bildbearbeitungsprozess von Dokumenten mithilfe von einem schlicht gehaltenem Neuronalen Netzwerk und Bearbeitungsoperationen optimiert. Ziel ist es, abfotografierte Dokumente zum Drucken aufzubereiten, sodass die Schrift gut lesbar, gerade und nicht verzerrt ist und Störfaktoren herausgefiltert werden. Als API zur Verfügung gestellt, können Bilder von Dokumenten beliebiger Größe und Schriftgröße bearbeitet werden. Während ein unter schlechten Bedingungen schräg aufgenommenes Bild nach Tesseract keine Buchstaben enthält, wird mit dem bearbeiteten Bild davon eine Buchstabenfehlerrate von 0,9% erreicht.
Für die Prognose von Zeitreihen sind bezüglich der Qualität der Vorhersagen heutzutage neuronale Netze und Deep Learning das Mittel der Wahl. LSTM-Netzwerke etablierten sich dazu als eine gut funktionierende Herangehensweise. 2017 wurde der auf Attention basierende Transformer für die Übersetzung von Sprache vorgestellt. Aufgrund seiner Fähigkeit mit sequenziellen Daten zu arbeiten, ist er auch für Zeitreihenprobleme interessant. Diese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Vorhersage von Zeitreihen mit einem Transformer. Es wird analysiert, inwiefern sich ein Transformer für Zeitreihenvorhersagen von einem Transformer für Sprachübersetzungen unterscheidet und wie gut die Vorhersagen im Vergleich zu denen eines LSTM-Netzwerkes abschneiden. Dazu werden ein LSTM- und ein Transformer-Netzwerk auf Luftqualitäts- und Wetterdaten in Berlin trainiert, um den Feinstaubgehalt (PM25) in der Luft vorherzusagen. Die Ergebnisse werden mit einem Benchmark-Modell anhand von Evaluationsmetriken verglichen. Anschließend wird evaluiert, wie die Fehler des Transformers reduziert werden können und wie gut der Transformer generalisiert.
Extensible Authentication Protocol (EAP) bietet eine flexible Möglichkeit zur Authentifizierung von Endgeräten und kann in Kombination mit TLS für eine zertifikatsbasierte Authentifizierung verwendet werden. Motiviert wird diese Arbeit von einer potenziellen Erweiterung für PROFINET, die diese Protokolle einsetzen soll.
Dabei soll eine sicherer EAP-TLS-Protokollstacks für eingebettete Systeme in der Programmiersprache Rust entwickelt werden. Durch das Ownership-System von Rust können Speicherfehler eliminiert werden, ohne dabei auf die positiven Eigenschaften von nativen Sprachen zu verzichten. Es wird ein besonderes Augenmerk auf wie die Verwendung klassischer Rust-Bibliotheken im Umfeld von eingebetteten Systemen, den Einfluss des Speichermodells auf das Design, sowie die Integration von C-Bibliotheken für automatisierte Interoperabilitätstests gelegt.
Das Messstellenbetriebsgesetz sieht bis 2032 einen Pflichteinbau von modernen Messeinrichtungen bzw. intelligenten Messsystemen bei allen Verbrauchern und Erzeugern vor. Des Weiteren ist die Anbindung von regenerativen Erzeugungsanlagen und steuerbaren Verbrauchern sowie die netzdienliche Steuerung dieser Einrichtungen über das Smart Meter Gateway durch das Messstellenbetriebsgesetz vorgeschrieben. Diese netzdienliche Steuerung wird unter dem Begriff CLS-Management zusammengefasst und muss von allen Netzbetreibern und Messstellenbetreibern künftig umgesetzt werden. Im Rahmen der Bachelorarbeit wurde ein Testaufbau mit einem intelligenten Messsystem inklusive entsprechender Steuereinrichtung aufgebaut, um das CLS-Management an einfachen Schalthandlungen zu erproben. Die daraus gewonnenen Erfahrungen sollen dem Messstellenbetreiber dabei helfen, das Thema in der Wirkumgebung platzieren zu können. Ziel dieses Aufbaus ist es, über die Kommunikationsart LTE eine Schalthandlung an einer Steuerbox in der Rolle des externen Marktteilnehmers vornehmen zu können. Für die Umsetzung wird eine entsprechende Software des Gateway Herstellers zur Verfügung gestellt, um die Versuche außerhalb des zertifizierten Bereiches durch-führen zu können.
Als konkreten Anwendungsfall wird im Rahmen der Thesis die Ablösung der Funkrundsteuertechnik durch das CLS-Management betrachtet. Mit dem Rollout der intelligenten Messsystemen müssen künftig die steuerbaren Verbrauchseinrichtungen und regenerativen Erzeugungsanlagen über das Smart Meter Gateway gesteuert werden können. Dies hat gegenüber der Funkrundsteuertechnik den entscheidenden Vorteil, dass die Informationen über eine gesicherte TLS-Verbindungen übertragen werden und durch einen Rückkanal auch Informationen über das korrekte Ausführung der Schalthandlung beim externen Marktteilnehmer ankommen.
Als weiteren Anwendungsfall wird untersucht, wie über ein Smart Meter Gateway außer Steuersignale auch Energiedaten und Sollwerte von externen Marktteilnehmer an Smart Grid Infrastrukturen übertragen werden können, um diese optimal betreiben zu können. Als Grundlage dient hierfür das Micro Grid am INES der Hochschule Offenburg
Emerging applications in soft robotics, wearables, smart consumer products or IoT-devices benefit from soft materials, flexible substrates in conjunction with electronic functionality. Due to high production costs and conformity restrictions, rigid silicon technologies do not meet application requirements in these new domains. However, whenever signal processing becomes too comprehensive, silicon technology must be used for the high-performance computing unit. At the same time, designing everything in flexible or printed electronics using conventional digital logic is not feasible yet due to the limitations of printed technologies in terms of performance, power and integration density. We propose to rather use the strengths of neuromorphic computing architectures consisting in their homogeneous topologies, few building blocks and analog signal processing to be mapped to an inkjet-printed hardware architecture. It has remained a challenge to demonstrate non-linear elements besides weighted aggregation. We demonstrate in this work printed hardware building blocks such as inverter-based comprehensive weight representation and resistive crossbars as well as printed transistor-based activation functions. In addition, we present a learning algorithm developed to train the proposed printed NCS architecture based on specific requirements and constraints of the technology.
Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Evaluation einer Simulationssoftware anhand unterschiedlichen Roboterkinematiken sowie einer virtuellen Inbetriebnahme einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) mittels OPC-UA-Kommunikation.
Für die Evaluation der Simulationssoftware wurden drei Roboter verschiedener Hersteller, die die gleiche Aufgabe erfüllen, mit der Simulationssoftware Visual Components simuliert und anschließend in einer realen Umgebung getestet. Für die virtuelle Inbetriebnahme einer SPS mittels OPC-UA-Kommunikation wurde eine virtuelle SPS-gesteuerte Roboter-Fertigungslinie implementiert.
Ergebnis dieser Arbeit sind detaillierte Einarbeitung in die Simulationssoftware Visual Components, strukturierte Offline und Online Roboterprogrammierung und somit Auswertung der Simulationssoftware anhand unterschiedlicher Roboterkinematiken. Bewertung des Datenaustauschs (via OPC-UA) zwischen einer SPS und der Simulationssoftware Visual Components.
Predictive control has great potential in the home energy management domain. However, such controls need reliable predictions of the system dynamics as well as energy consumption and generation, and the actual implementation in the real system is associated with many challenges. This paper presents the implementation of predictive controls for a heat pump with thermal storage in a real single-family house with a photovoltaic rooftop system. The predictive controls make use of a novel cloud camera-based short-term solar energy prediction and an intraday prediction system that includes additional data sources. In addition, machine learning methods were used to model the dynamics of the heating system and predict loads using extensive measured data. The results of the real and simulated operation will be presented.
Eine neue Programmiersprache zu erlernen kann für Anfänger:innen manchmal schwer sein, selbst für Programmiersprachen wie Python, die bekannt dafür sind Einsteigerfreundlich zu sein. Denn selbst wenn die Syntax eines Python Programms schnell verstanden wird, ist oft nicht direkt erkenntlich wie der Code hinter dem Programm funktioniert. Anfänger:innen können dabei auch auf ihre Grenzen stoßen, den Ablauf eines Programmes nur alleine durch den Programmcode zu verstehen. Denn der Text der den Code ausmacht, kann auch nur bis zu einem gewissen Grad vermitteln wie oder was genau abläuft. Um den Ablauf eines Programms besser vermitteln zu können, wird der Code oft z.B. mit Diagrammen visualisiert. Visuelle Elemente können ebenfalls zusätzlich zum Code mehr Unterstützung leisten. Das Thema dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Visualisierung von Python Programmen in der Entwicklungsumgebung Visual Studio Code, um Programmieranfänger:innen und Student:innen beim Erlernen der Programmiersprache Python zu unterstützen. Die Entwicklung der Visualisierung beinhaltet, das Erstellen einer Erweiterung in Visual Studio Code, die unter anderem das Debug Adapter Protocol einsetzt um mit dem Python Debugger zu kommunizieren.
In modernen Industrieautomatisierungssysteme kann die IT-Sicherheit nicht mehr ignoriert werden. Um dem Datenverkehr Schutz zu bieten, sind kryptografische Schutzmaßnahmen notwendig. Eine gängige Schutzmaßnahme ist die Verwendung von digitalen Zertifikaten zur Autorisierung und Authentifizierung. Um Zertifikate sicher und geregelt auf Endgeräte zu bringen, ist jedoch eine Public-Key-Infrastructure notwendig. Solche PKIs sind bisher wenig im Umfeld der Industrieautomatisierung untersucht. Das Institut für verlässliche Embedded-Systems der Hochschule Offenburg bietet hierfür eine mögliche Lösung, welche auf einer zentralen Einheit, genannt Credentialing Entity, basiert. Ein Demonstrator dieses Konzepts wurde bereits in den weit verbreiteten Systemprogrammier-sprachen C und C++ implementiert.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verwendung der modernen speichersicheren Programmiersprache Rust in der Systemprogrammierung als Alternative zu den Domänenführern C/C++ am Beispiel der Implementierung der Credentialing-Entity untersucht. Hierbei werden Aspekte wie die Vorzüge Rusts, dessen Ökosystem und Interoperabilität mit den Marktführern C/C++ untersucht.
Titanium and stainless steel are commonly known as osteosynthesis materials with high strength and good biocompatibility. However, they have the big disadvantage that a second operation for hardware removal is necessary. Although resorbable systems made of polymers or magnesium are increasingly used, they show some severe adverse foreign body reactions or unsatisfying degradation behavior. Therefore, we started to investigate molybdenum as a potential new biodegradable material for osteosynthesis in craniomaxillofacial surgery. To characterize molybdenum as a biocompatible material, we performed in vitro assays in accordance with ISO Norm 10993-5. In four different experimental setups, we showed that pure molybdenum and molybdenum rhenium alloys do not lead to cytotoxicity in human and mouse fibroblasts. We also examined the degradation behavior of molybdenum by carrying out long-term immersion tests (up to 6 months) with molybdenum sheet metal. We showed that molybdenum has sufficient mechanical stability over at least 6 months for implants on the one hand and is subject to very uniform degradation on the other. The results of our experiments are very promising for the development of new resorbable osteosynthesis materials for craniomaxillofacial surgery based on molybdenum.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer E-Learning Anwendung zum Peer-to-Peer Algorithmus Content Addressable Network (CAN). Ein CAN ist eine verteilte Hashtabelle zur dezentralen Verwaltung von Daten in Form von Schlüssel-Wert Paaren. Zweck der Anwendung ist eine didaktisch sinnvolle Aufbereitung und Darstellung der grundlegenden Abläufe im CAN. Die Anwendung simuliert ein CAN und bietet ein grafisches Interface zur Interaktion. Die Anwendung soll unterstützend im Rahmen des Moduls Advanced Networking im Informatik Master an der Hochschule Offenburg eingesetzt werden.
Die Bachelorarbeit wurde im Rahmen einer Äquivalenz mit der Ingenieurschule INSA Straßburg geschrieben. Zum Thema wurde eine Projektarbeit im Auftrag der Kriminalpolizei mit einer Bearbeitungszeit von drei Semestern. Aufgabenstellung war es, einen Überblick eines Tatorts ohne menschlichen Eingriff zu verschaffen. Noch heute müssen die Polizisten den Tatort betreten, um Beweisspuren zu sammeln. Das Problem hierbei ist, dass dadurch Hinweise fast systematisch verloren gehen.
Mit einem ferngesteuerten Luftschiff sollte diese Aufgabenstellung gemeistert werden. Die Arbeit beschäftigt sich spezifisch mit dem Entwurf eines integrierten Kamerasystems und mit der Implementierung der Elektronik im Gesamtsystem für einen ersten Prototypen. Auf die Konzeptionierung der Fortbewegung und des Flugobjekts wird somit nicht in Detail eingegangen. Diese Aspekte werden bei der Erstellung des Lastenhefts geschildert und bei Berührungspunkten mit dem im Fokus stehenden Themengebiet erklärt.
Auf struktureller Ebene wird wie gefolgt vorgegangen: Die technischen Lösungen werden abgewogen, getestet und progressiv zusammengeführt. Zum Ende der Bearbeitungszeit können ferngesteuert Bilder und Panoramen aufgenommen und der Tatort live mit einem Video-Feedback observiert werden. Die Elektronik wurde, nach Erarbeitung der elektronischen Architektur, mithilfe einer gedruckten Leiterplatte kompakt in der Gondel des Luftschiffs integriert. Mit zahlreichen Optimierungsperspektiven wurde der erste Prototyp fertiggestellt und das Ziel dieser Arbeit erreicht.
Featherweight Generic Go (FGG) is a minimal core calculus modeling the essential features of the programming language Go. It includes support for overloaded methods, interface types, structural subtyping, and generics. The most straightforward semantic description of the dynamic behavior of FGG programs is to resolve method calls based on runtime type information of the receiver. This article shows a different approach by defining a type-directed translation from FGG− to an untyped lambda-calculus. FGG− includes all features of FGG but type assertions. The translation of an FGG− program provides evidence for the availability of methods as additional dictionary parameters, similar to the dictionary-passing approach known from Haskell type classes. Then, method calls can be resolved by a simple lookup of the method definition in the dictionary. Every program in the image of the translation has the same dynamic semantics as its source FGG− program. The proof of this result is based on a syntactic, step-indexed logical relation. The step index ensures a well-founded definition of the relation in the presence of recursive interface types and recursive methods. Although being non-deterministic, the translation is coherent.
Implementierung und Automatisierung von Performance-Tests aus den Erkenntnissen von Last-Tests
(2021)
Die Website des bayerischen Fußball-Verbandes hatte anfangs Performance Probleme, weshalb es zu Abstürzen der Seite kam. Um das Problem zu lösen wurden Last-Tests eingeführt. Diese können allerdings nicht immer ausgeführt werden, weshalb ein Performance-Test erstellt werden soll. In dieser Arbeit wird das Verhalten von Webservern unter Last analysiert, um einen Performance-Test zu entwickeln.
Um das Verhalten beurteilen zu können, wurden auf einem lokalen Computer Last-Tests ausgeführt und analysiert. Dabei fiel auf, dass die Steigung der Response Time nicht linear ansteigt im Vergleich zu den virtuellen Usern. Die Funktion steigt ab einem gewissen Punkt stark und nähert sich einer Asymptote an. Dieser Punkt ist durch eine Formel berechenbar.
Aus diesen Ergebnissen wurde eine Berechnungsformel entwickelt, die anhand von Messungen die Performance einer Website berechnen kann. Die Formel wurde in ein Testskript integriert, das die Website Ressourcen automatisch scannt und die Messungen ausführt. Der erstellte Test wird zum Schluss ausgeführt und teilweise automatisiert.
Komplexe E-Commerce-Systeme müssen heutzutage immer schneller am Markt sein und sich an diesen anpassen. Dies wird durch SaaS-Services möglich, wodurch sich die Best-of-Breed-Lösungen einsetzen lassen. Der monolithische Ansatz der meisten E-Commerce-Systeme ist für diese Anwendungen nicht mehr geeignet. Abhilfe soll der Composable-Commerce-Ansatz schaffen. Für den Ansatz wird eine Integrationslösung benötigt. Ziel dieser Thesis ist es, Integrationslösungen zu evaluieren und mithilfe von Integration-Layer-Prototypen gegenüberzustellen. Es werden zwei Integrationslösungen ausgewählt, die als Prototyp implementiert werden. Für den ersten Prototypen wird Apache Camel in einem Spring-Boot-Server verwendet. Der zweite Prototyp setzt die AWS-eigenen Services für die Integration ein. Zum Schluss werden diese durch einen Last-Test auf ihre Performance geprüft.
Purpose
This work presents a new monocular peer-to-peer tracking concept overcoming the distinction between tracking tools and tracked tools for optical navigation systems. A marker model concept based on marker triplets combined with a fast and robust algorithm for assigning image feature points to the corresponding markers of the tracker is introduced. Also included is a new and fast algorithm for pose estimation.
Methods
A peer-to-peer tracker consists of seven markers, which can be tracked by other peers, and one camera which is used to track the position and orientation of other peers. The special marker layout enables a fast and robust algorithm for assigning image feature points to the correct markers. The iterative pose estimation algorithm is based on point-to-line matching with Lagrange–Newton optimization and does not rely on initial guesses. Uniformly distributed quaternions in 4D (the vertices of a hexacosichora) are used as starting points and always provide the global minimum.
Results
Experiments have shown that the marker assignment algorithm robustly assigns image feature points to the correct markers even under challenging conditions. The pose estimation algorithm works fast, robustly and always finds the correct pose of the trackers. Image processing, marker assignment, and pose estimation for two trackers are handled in less than 18 ms on an Intel i7-6700 desktop computer at 3.4 GHz.
Conclusion
The new peer-to-peer tracking concept is a valuable approach to a decentralized navigation system that offers more freedom in the operating room while providing accurate, fast, and robust results.
Gas Analysis and Optimization of Debinding and Sintering Processes for Metallic Binder-Based AM*
(2022)
Binder-based additive manufacturing processes for metallic
AM components in a wide range of applications usually use
organic binders and process-related additives that must be
thermally removed before sintering. Debinding processes are
typically parameterized empirically and thus far from the optimum.
Since debinding based on thermal decomposition processes
of organic components and the subsequent thermochemical
reactions between process atmosphere and metal
powder materials make uncomplicated parameterization difficult,
in-situ instrumentation was introduced at Fraunhofer
IFAM. This measurement method relies on infrared spectroscopy
and mass spectrometry in various furnace concepts to
understand the gas processes of decomposition of organic
components and the subsequent thermochemical reactions
between the carrier gas atmosphere and the metal part, as well
as their kinetics. This method enables an efficient optimization
of the temperature-time profiles and the required atmosphere
composition to realize dense AM components with low contamination.
In the paper, the optimization strategy is presented,
and the achievable properties are illustrated using a fused
filament fabrication (FFF) component example made of 316L
stainless steel.
In recent years, both the Internet of Things (IoT) and blockchain technologies have been highly influential and revolutionary. IoT enables companies to embrace Industry 4.0, the Fourth Industrial Revolution, which benefits from communication and connectivity to reduce cost and to increase productivity through sensor-based autonomy. These automated systems can be further refined with smart contracts that are executed within a blockchain, thereby increasing transparency through continuous and indisputable logging. Ideally, the level of security for these IoT devices shall be very high, as they are specifically designed for this autonomous and networked environment. This paper discusses a use case of a company with legacy devices that wants to benefit from the features and functionality of blockchain technology. In particular, the implications of retrofit solutions are analyzed. The use of the BISS:4.0 platform is proposed as the underlying infrastructure. BISS:4.0 is
intended to integrate the blockchain technologies into existing enterprise environments. Furthermore, a security analysis of IoT and blockchain present attacks and countermeasures are presented that are identified and applied to the mentioned use case.
Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, eine automatisierte Bildausschnittkontrolle für die Low Code Plattform Intrexx zu implementieren. Diese soll mit Hilfe eines geeigneten Künstliche Intelligenz Frameworks Gesichter in Bildern erkennen und diese anschließend ausschneiden. Die Benutzer*innen sollen die Ausschnitte außerdem noch manuell anpassen können. Die Implementierung erfolgt mittels Typescript innerhalb einer Webkomponente, um eine Verwendung innerhalb von Intrexx zu ermöglichen. Nach einem Vergleich verschiedener technologischer Ansätze hat sich Tensorflow als geeignetes KI-Framework herausgestellt. Im Rahmen einer Performance-Analyse wurden außerdem verschiedene Tensorflow-Modelle miteinander verglichen.
Seit 2009 nimmt das Team ”magmaOffenburg” an der 3D-Simulationsliga des RoboCups teil. Für das erfolgreiche Abschneiden in Turnieren ist die Qualität der erlernten Bewegungsabläufe ein zentraler Faktor. Bisher wurden genetische Algorithmen verwendet, um verschiedenste Aktionen zu erlernen sowie zu optimieren. In dieser Arbeit wird der Deep Reinforcement Learning Algorithmus Proximal Policy Optimization für das Erlernen bestimmter Bewegungen verwendet. Um ein Verständnis für dessen einflussreichen Parameter zu erhalten, werden Größen wie paralleles Lernen, Hyperparameter, Netzwerktopologie, Größe des Observationspace sowie asynchronem Lernen anhand dem Kicken aus dem Stand evaluiert. Durch die Ergebnisse der Evaluierung konnte der erlernte Kick signifikant verbessert werden und sein genetisch erlerntes Gegenstück im Spiel ablösen. Drüber hinaus wurden die Erkenntnisse anhand dem Laufen lernen evaluiert und Zusammenhänge bzw. Unterschiede der zwei Lernprobleme festgestellt.
In dieser Arbeit soll ein digitaler Zwilling für ein Transportband und Anlagenteil der im Labor für Automatisierungssysteme eingesetzten Fischertechnik-Fabrik mit der Industrie 4.0 Software von Siemens NX Mechatronics Component Designer entwickelt und die Anlage virtuell und daraufhin in der Realität in Betrieb genommen werden.
This paper presents an overview of EREMI, a two-year project funded under ERASMUS+ KA203, and its results. The project team’s main objective was to develop and validate an advanced interdisciplinary higher education curriculum, which includes lifelong learning components. The curriculum focuses on enhancing resource efficiency in the manufacturing industry and optimising poorly or non-digitised industrial physical infrastructure systems. The paper also discusses the results of the project, highlighting the successful achievement of its goals. EREMI effectively supports the transition to Industry 5.0 by preparing a common European pool of future experts. Through comprehensive research and collaboration, the project team has designed a curriculum that equips students with the necessary skills and knowledge to thrive in the evolving manufacturing landscape. Furthermore, the paper explores the significance of EREMI’s contributions to the field, emphasising the importance of resource efficiency and system optimisation in industrial settings. By addressing the challenges posed by under-digitised infrastructure, the project aims to drive sustainable and innovative practices in manufacturing. All five project partner organisations have been actively engaged in offering relevant educational content and framework for decentralised sustainable economic development in regional and national contexts through capacity building at a local level. A crucial element of the added value is the new channel for obtaining feedback from students. The survey results, which are outlined in the paper, offer valuable insights gathered from students, contributing to the continuous improvement of the project.
Der Südwestrundfunk ersetzt das bisher verwendete Ticketing-System Assyst
durch OTRS. Daten zu Kostenstellen, Räumen und Personen werden nicht in
diesen Systemen gepflegt und müssen deshalb regelmäßig aus den jeweiligen
Quellen synchronisiert werden. Die Datensynchronisation dieser und einiger
weiterer Systeme soll über eine neu entwickelte Schnittstelle erfolgen. Sie umfasst
das Auslesen der angebunden Systeme, die Aktualisierungslogik und das
Schreiben der veränderten Daten. Sie wird als eigenständig ausführbares Java-
Programm entwickelt.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Schnittstelle zu erstellen, die es erlaubt, dem vom Unternehmen produzierten modulbasierten ERP-System Module zu integrieren, die
mit der aktuellen Version der Programmiersprache Delphi erstellt wurden.
Die Schwierigkeit hierbei ist, dass die momentane Implementation des Systems auf
einer Jahrzehnte alten Version der Sprache basiert, die in mehreren Bereichen keine
Kompatibilität mit der neuen Version besitzt.
Um dieses Ziel zu erreichen wurden zunächst die konkreten Anforderungen an die
Lösung formuliert und daraufhin verschiedene Lösungsansätze für eine Schnittstelle
konzipiert.
Durch Testen an einer prototypisch vereinfachten Version des ERP-Systems konnte
festgestellt werden, dass eine Lösung über eine auf Datenbanktransaktionen basierende Schnittstelle für das Projekt am ehesten geeignet war.
Nach weiterer Planung des exakten Aufbaus wurden die nötigen Funktionalitäten dann
umgesetzt, wobei zuerst in groben Zügen die essentiellen Aspekte realisiert wurden,
welche dann in weiteren Durchläufen auf die exakten Spezifikationen verfeinert und
auf Fehler geprüft wurden.
Nachdem dieser Lösungsansatz einen ausreichenden Vervollständigungsgrad erreicht
hatte, wurde das Projekt zu Testzwecken in firmeninternem Umfeld in Betrieb genommen.
Durch anschließendes weiteres Beheben von noch ausstehenden Fehlern wurde das
Projekt dann in einen Zustand gebracht, in dem es allgemein in Verwendung genommen werden kann und somit die gewünschten Vorgaben erfüllt.
Deep learning approaches are becoming increasingly important for the estimation of the Remaining Useful Life (RUL) of mechanical elements such as bearings. This paper proposes and evaluates a novel transfer learning-based approach for RUL estimations of different bearing types with small datasets and low sampling rates. The approach is based on an intermediate domain that abstracts features of the bearings based on their fault frequencies. The features are processed by convolutional layers. Finally, the RUL estimation is performed using a Long Short-Term Memory (LSTM) network. The transfer learning relies on a fixed-feature extraction. This novel deep learning approach successfully uses data of a low-frequency range, which is a precondition to use low-cost sensors. It is validated against the IEEE PHM 2012 Data Challenge, where it outperforms the winning approach. The results show its suitability for low-frequency sensor data and for efficient and effective transfer learning between different bearing types.
Diese Arbeit befasst sich mit agilen Methodiken zur Konzeption einer Softwarearchitektur. Es wurden Vorgehensweisen der Anforderungserhebung basierend auf themenspezifischer Literatur recherchiert und angewandt. Passend zu den Anforderungen wurden Architektur- und Dokumentationsmittel gewählt, welche die Konzeption der Architektur sowie die Implementierung der geforderten Software zum Erstellen und Ausführen von Lasttests auf softwarebasierten Langzeitarchivsystemen erleichtern sollen. Ein bestehendes Softwaresystem, welches bisher diese Aufgabe übernommen hat, wurde als Grundlage einer Neuentwicklung in Betracht gezogen. Es wurde dahingehend analysiert, aber begründet verworfen. In der Konzeptionsphase wurde eine Lösungsstrategie ermittelt sowie die Struktur der Architektur geplant und dokumentiert. Anhand eines beispielhaften Datenflusses wurde die Realisierbarkeit des Modells nachgewiesen. Auf Basis einer frei zugänglichen Architekturdokumentationsvorlage wurde eine Dokumentation des Konzeptes erstellt, welche einen schnellen Start in die agile Entwicklungsphase ermöglichen soll.
Thema der Bachelorarbeit ist die OTA-Technologie, welche es ermöglicht, die Firmware eines Embedded Systems zu aktualisieren. Es wird die Funktionsweise eines OTA-Updates an einer reellen Implementierung gezeigt. Anschließend wird eine Komplettlösung für OTA-Updates, die Amazon IoT Core Platform, aufgezeigt. Die Nachteile dieser Komplettlösung sollen in die Konzeption und Implementierung einer Alternative mittels eines Mesh-Netzwerks einfließen.
Embedded Analog Physical Unclonable Function System to Extract Reliable and Unique Security Keys
(2020)
Internet of Things (IoT) enabled devices have become more and more pervasive in our everyday lives. Examples include wearables transmitting and processing personal data and smart labels interacting with customers. Due to the sensitive data involved, these devices need to be protected against attackers. In this context, hardware-based security primitives such as Physical Unclonable Functions (PUFs) provide a powerful solution to secure interconnected devices. The main benefit of PUFs, in combination with traditional cryptographic methods, is that security keys are derived from the random intrinsic variations of the underlying core circuit. In this work, we present a holistic analog-based PUF evaluation platform, enabling direct access to a scalable design that can be customized to fit the application requirements in terms of the number of required keys and bit width. The proposed platform covers the full software and hardware implementations and allows for tracing the PUF response generation from the digital level back to the internal analog voltages that are directly involved in the response generation procedure. Our analysis is based on 30 fabricated PUF cores that we evaluated in terms of PUF security metrics and bit errors for various temperatures and biases. With an average reliability of 99.20% and a uniqueness of 48.84%, the proposed system shows values close to ideal.
Hybrid low-voltage physical unclonable function based on inkjet-printed metal-oxide transistors
(2020)
Modern society is striving for digital connectivity that demands information security. As an emerging technology, printed electronics is a key enabler for novel device types with free form factors, customizability, and the potential for large-area fabrication while being seamlessly integrated into our everyday environment. At present, information security is mainly based on software algorithms that use pseudo random numbers. In this regard, hardware-intrinsic security primitives, such as physical unclonable functions, are very promising to provide inherent security features comparable to biometrical data. Device-specific, random intrinsic variations are exploited to generate unique secure identifiers. Here, we introduce a hybrid physical unclonable function, combining silicon and printed electronics technologies, based on metal oxide thin film devices. Our system exploits the inherent randomness of printed materials due to surface roughness, film morphology and the resulting electrical characteristics. The security primitive provides high intrinsic variation, is non-volatile, scalable and exhibits nearly ideal uniqueness.
Printed electronics, due to its manufacturability using printing technology, allows for fabrication on large areas and the usage of flexible substrates and thus enables novel applications. Non-impact printing technology, such as inkjet-printing, permits for flexible, decentralized manufacturing of electronic devices and systems. This further facilitates split-manufacturing in security-critical electrical components, as well as a maximum in design flexibility in terms of free form factors and non-standardized structures with different geometrical sizes, reaching from a few micrometers up to several millimeters.
Based on the technological benefits printed electronics offers, it provides an interesting counterpart to classical silicon-based electronics, which is usually densely integrated on miniaturized, rigid areas. By utilizing both technologies in a complementary manner, novel systems in the form of hybrid systems can be enabled. Whilst hybrid systems, incorporating passive printed components and electrically conductive wiring concepts, are already commercialized, complex printed systems, which also utilize active components remain rare. To enable more complex (hybrid) systems, various building blocks are required. This includes possibilities for lightweight, printed data storage, the capability to provide sustainable, self-powered printed components and especially circuits for secure, unique identification for holistic printed systems, deployed in the internet of things.
The presented thesis focuses on inkjet-printed electronic devices, circuits and hybrid systems. It investigates solutions for current scientific questions in the area of efficient data storage, sustainable electronics and hardware-based security in printed electronics.
For data storage, an inkjet-printed memristor is developed. The device is fully electrically evaluated with a focus on its data storage capabilities. Furthermore, the printed device is of special interest due to its easy manufacturability and integration capabilities. The experimental analysis reveals that the developed memristor is highly suitable as lightweight non-volatile memory device.
In order to enable sustainable electronic systems, an inkjet-printed full-wave rectifier based on near-zero threshold voltage electrolyte-gated transistors is developed and fully electrically characterized. The circuit is capable for small alternating voltage rectification of low-frequency vibration energy harvesters in the sub-volt region. This provides an important building block in enabling sustainable, self-powered electronic systems. The inkjet-printed full-wave rectifier is evaluated by electrical simulation and experimentally.
To tackle hardware-based security for printed electronics, two implementations for inkjet-printed physically unclonable functions are developed and presented. For unique identification, intrinsic variation in active printed devices are exploited. One implementation is based on a crossbar architecture, incorporating integrable electrolyte-gated transistor cells. The second implementation, the so-called differential circuit physically unclonable function, is based on inverter structures, which provide the basis for unique response generation. Both physically unclonable functions are evaluated using an electrical simulation-based approach and experimentally. The differential circuit approach is furthermore fully integrated within a silicon-based electronic platform environment and serves as intrinsic variation source in a hybrid system. The hybrid system physically unclonable function is fully verified regarding performance metrics and is capable to generate highly unique responses for secure identification.
Die Impedanzkardiografie ist ein nicht-invasives Verfahren zur Messung der Funktion des Herzens, welche wiederum auf der Erfassung von elektrischen Impedanzänderungen im Thorax basiert. Die Verbindung der Impedanzkardiografie mit der biomechanischen Stimulation der Beinmuskulatur hat das Potenzial, die kardiale Ausgangsleistung zu verbessern und somit die körperliche Leistungsfähigkeit zu steigern. In dieser Bachelorarbeit wurden die Auswirkungen der biomechanischen Stimulation der Beinmuskulatur und der Stimulationsfrequenz auf die Impedanzkardiografie untersucht. Zu diesem Zweck wurden Messungen an überwiegend gesunden Probanden durchgeführt, bei denen die Impedanzkardiografie in Ruhe vor und in Ruhe nach der biomechanischen Stimulation der Wade, der Fußsohlen, der Taille und des Gesäßes durchgeführt wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die biomechanische Stimulation der Beinmuskulatur vor allem die Arbeitsparameter und somit die Leistungsfähigkeit verbessert hat. Der mittlere arterielle Blutdruck zeigt einen signifikanten Unterschied, mit Werten von 94,53 ± 6,52 mmHg vor der Stimulation bis 86,46 ± 6,98mmHg nach der Stimulation. Die mittlere linksventrikuläre Arbeitszeit zeigt ebenfalls einen großen Unterschied von 7,95 ± 1,06 kg*m vor der Stimulation zu 7,17 ± 1,04 kg*m nach der Stimulation. Diese Ergebnisse können in der zukünftigen Forschung zur Entwicklung von Trainingsprogrammen zur Leistungssteigerung genutzt werden. Darüber hinaus könnten diese Ergebnisse bei der Schmerzbehandlung eingesetzt werden, da es Hinweise darauf gibt, dass die biomechanische Stimulation die Mikrozirkulation fördert.
JavaScript-Frameworks (JSF) sind im Bereich der Webentwicklung seit längerem prominent. Jährlich werden neue JSF entwickelt, um spezifische Probleme zu lösen. In den letzten Jahren hat sich der Trend entwickelt, bei der Wahl des JSF verstärkt auch auf die Performanz der entwickelten Webseite zu achten. Dabei wird versucht, den Anteil an JavaScript auf der Webseite zu reduzieren oder ganz zu eliminieren. Besonders neu ist der Ansatz der "Island Architecture", die erstmals 2019 vorgeschlagen wurde. In dieser Thesis soll die Performanz der meistbenutzten und des performantesten JSF mit dem JSF "Astro" verglichen werden, welches die "Island Architecture" von sich aus unterstützt. Der Schwerpunkt liegt beim Vergleichen der Webseitenperformanz, jedoch werden auch Effizienz und Einfachheit während der Entwicklung untersucht. Das Ziel dieser Arbeit ist es, potenzielle Frameworks zu untersuchen, die die Effizienz und Produktivität für den Nutzer und während der Entwicklung steigern können.
It is considered necessary to implement advanced controllers such as model predictive control (MPC) to utilize the technical flexibility of a building polygeneration system to support the rapidly expanding renewable electricity grid. These can handle multiple inputs and outputs, uncertainties in forecast data, and plant constraints, amongst other features. One of the main issues identified in the literature regarding deploying these controllers is the lack of experimental demonstrations using standard components and communication protocols. In this original work, the economic-MPC-based optimal scheduling of a real-world heat pump-based building energy plant is demonstrated, and its performance is evaluated against two conventional controllers. The demonstration includes the steps to integrate an optimization-based supervisory controller into a typical building automation and control system with off-the-shelf HVAC components and usage of state-of-art algorithms to solve a mixed integer quadratic problem. Technological benefits in terms of fewer constraint violations and a hardware-friendly operation with MPC were identified. Additionally, a strong dependency of the economic benefits on the type of load profile, system design and controller parameters was also identified. Future work for the quantification of these benefits, the application of machine learning algorithms, and the study of forecast deviations is also proposed.
Ein Testsystem zum Prüfen neuer Komponenten elektromagnetischer Positionsmesssysteme soll durch eine Eigenkalibrierung des gesamten Systems stetig auf seine Genauigkeit geprüft werden, sodass nur noch eine periodische Rekalibrierung des Referenzgerätes erforderlich ist. Mittels Signal-Routing Software soll über die nationale Instrumentenkarte PCIe-6509 des Computers Spannungssignale an eine Hardware Under Test geleitet werden. Über diese Signale können Transistoren auf der Hardware angesteuert werden, die jeweils einem Relais Spannung übergeben können. Je nachdem welches Relais durchgeschalten werden soll, kann der Messwiderstand des gesamten Testsystems oder das Testsystems kalibriert werden. Um tatsächlich Kalibrierungen durchzuführen, wird eine Software erstellt. Mit der Software können die zu benutzenden Gerätschaften eingelesen und über eine Benutzeroberfläche eine Toleranzprüfung der Komponenten vollzogen werden. Hier gilt es eine Toleranzprüfung für den Messwiderstand zu erstellen und den Code dann auf Komponenten des Testsystems zu erweitern. Dafür wird ein kalibriertes Referenzmessgerät benötigt. Dabei wird ein Digitalmultimeter DAQ6510 verwendet, das über ein Multiplex Modul 7708 mit der Hardware verbunden wird. Um später Komponenten des Testsystems wie Frequenz kalibrieren zu können, wird ebenfalls ein Funktionsgenerator integriert und die Software-Codes darauf erweitert. Besteht das Grundkonzept, werden Funktionstests mit einer Messsystemanalyse erbracht und die Leistungsfähigkeit des Konstruktes beurteilt. Anschließend können neue Entwicklungsansätze und Optimierungskonzepte für weitere Abschlussarbeiten erstellt werden.
Die vorliegende Bachelorthesis befasst sich mit der Reproduktion der ersten „eisernen Hand“ des Götz von Berlichingen. Die Aufgabenstellung ist es, einen Öffnungsmechanismus zu entwickeln, welcher die zwei Fingerblöcke in die geöffnete Grundstreckstellung zurückführt, wenn die Finger zur Handinnenfläche eingefahren sind. Außerdem sollen die Fingerblöcke in drei verschiedenen Positionen einrasten können, wenn sie nach innen gedrückt werden. Insgesamt soll die Mechanik der Fingerblöcke durch 3D-unterstützte Optimierung von Bauteilen verbessert und unterstützt werden.
Der neukonstruierte Öffnungsmechanismus beinhaltet eine Drehfeder pro Fingerblock. Zudem begünstigt die CAD-Optimierung des Daumensystems und des Fingersystems die Mechanik der Fingerblöcke.
In recent years, the topic of embedded machine learning has become very popular in AI research. With the help of various compression techniques such as pruning, quantization and others compression techniques, it became possible to run neural networks on embedded devices. These techniques have opened up a whole new application area for machine learning. They range from smart products such as voice assistants to smart sensors that are needed in robotics. Despite the achievements in embedded machine learning, efficient algorithms for training neural networks in constrained domains are still lacking. Training on embedded devices will open up further fields of applications. Efficient training algorithms would enable federated learning on embedded devices, in which the data remains where it was collected, or retraining of neural networks in different domains. In this paper, we summarize techniques that make training on embedded devices possible. We first describe the need and requirements for such algorithms. Then we examine existing techniques that address training in resource-constrained environments as well as techniques that are also suitable for training on embedded devices, such as incremental learning. At the end, we also discuss which problems and open questions still need to be solved in these areas.
Die Komplexität von Softwareprojekten hat in den letzten Jahren stetig zugenommen. Um den gleichzeitig steigenden Anforderungen an die Codequalität gerecht zu werden, setzen auch ursprünglich dynamisch typisierte Programmiersprachen zuhnemend auf statische Typisierung. Dies kann in Form von externen Werkzeugen geschehen, die zusätzlich zum eigentlichen Compiler den Code auf Typsicherheit überprüfen, oder alternativ durch Erweiterung der Compiler selbst, um die Unterstützung für statische Typisierung direkt in der Sprache zu verankern. Ziel des etylizer-Projekts ist es, für die Programmiersprache Erlang zunächst ein solches externes Tool bereitzustellen und langfristig Teil der Compiler-Toolchain zu werden.In dieser Arbeit wird der Typchecker um die Fähigkeit erweitert, Erlang-Projekte vollständig zu verifizieren. Dafür wird zunächst die interne Symboltabelle erweitert, die etylizer nutzt, um Verweise auf Funktionen und Typen aus anderen Modulen aufzulösen. Die Implementierung der Symboltabelle wird so angepasst,dass sie zur Laufzeit um alle für das aktuell geprüfte Modul benötigten Symbole erweitert wird. Um die Laufzeit im Rahmen zu halten, wird ein Algorithmus entwickelt, der die Abhängigkeiten zwischen den Source-Code Dateien des Erlang-Projekts erkennt und anhand dieser entscheidet, welche Dateien sich seit dem letzten Durchlauf geändert haben und deshalb erneut überprüft werden müssen.
Effective medium theories (EMT) are powerful tools to calculate sample averaged thermoelectric material properties of composite materials. However, averaging over the heterogeneous spatial distribution of the phases can lead to incorrect estimates of the thermoelectric transport properties and the figure of merit ZT in compositions close to the percolation threshold. This is particularly true when the phases’ electronic properties are rather distinct leading to pronounced percolation effects. The authors propose an alternative model to calculate the thermoelectric properties of multi‐phased materials that are based on an expanded nodal analysis of random resistor networks (RRN). This method conserves the information about the morphology of the individual phases, allowing the study of the current paths through the phases and the influence of heterogeneous charge transport and cluster formation on the effective material properties of the composite. The authors show that in composites with strongly differing phases close to the percolation threshold the thermoelectric properties and the ZT value are always dominated exclusively by one phase or the other and never by an average of both. For these compositions, the individual samples display properties vastly different from EMT predictions and can be exploited for an increased thermoelectric performance.
Introduction: Subjects with mild to moderate hearing loss today often receive hearing aids (HA) with open-fitting (OF). In OF, direct sound reaches the eardrums with minimal damping. Due to the required processing delay in digital HA, the amplified HA sound follows some milliseconds later. This process occurs in both ears symmetrically in bilateral HA provision and is likely to have no or minor detrimental effect on binaural hearing. However, the delayed and amplified sound are only present in one ear in cases of unilateral hearing loss provided with one HA. This processing alters interaural timing differences in the resulting ear signals.
Methods: In the present study, an experiment with normal-hearing subjects to investigate speech intelligibility in noise with direct and delayed sound was performed to mimic unilateral and bilateral HA provision with OF.
Results: The outcomes reveal that these delays affect speech reception thresholds (SRT) in the unilateral OF simulation when presenting speech and noise from different spatial directions. A significant decrease in the median SRT from –18.1 to –14.7 dB SNR is observed when typical HA processing delays are applied. On the other hand, SRT was independent of the delay between direct and delayed sound in the bilateral OF simulation.
Discussion: The significant effect emphasizes the development of rapid processing algorithms for unilateral HA provision.
Konzeption und Realisierung eines Ansatzes zur Systemintegration eines Fahrerlosen Transportsystems
(2021)
Bei dem flexiblen interaktiven Transportroboter zur mobilen Produktionsunterstützung (FLITZMO) handelt es sich um ein Transportsystem, welches zum autonomen Fahren vorbereitet werden soll. In dieser Bachelorarbeit wird die Integration von Systemkomponenten, welche das autonome Fahren ermöglichen, beschrieben.
Das Ergebnis dieser Bachelorarbeit umfasst einen Schaltplan welcher für zukünftige Teilprojekte genutzt sowie sukzessive erweitert werden kann. Zudem wird die Montage und Integration neuer Komponenten beschrieben. Durch das neue Kabelmanagement ist es möglich, die Sicherheitsrelais zu verdrahten und in Betrieb zu nehmen.
Die Visualisierung von Programmabläufen ist ein zentraler Aspekt für Programmieranfänger, um das Verständnis von Codeabläufen zu erleichtern und den Einstieg in der Softwareentwicklung zu unterstützen. In dieser Masterthesis wird ein speziell auf die Bedürfnisse von Einsteigern zugeschnittenes generisches Framework vorgestellt, wobei der Fokus auf einer einfachen, verständlichen aber auch korrekten Darstellung der Programmausführung liegt. Das Framework integriert das Debugger Adapter Protocol, um den Debugger unterschiedlicher Sprachen ansprechen und verwenden zu können.
In dieser Arbeit werden zunächst die Anforderungen für das generische Framework diskutiert. Anschließend werden bestehende Ansätze zur Visualisierung von Programmabläufen ausführlich untersucht und analysiert. Die Implementierung des Frameworks wird daraufhin detailliert beschrieben, wobei besonderer Wert auf die Erweiterbarkeit unterschiedlicher Sprachen gelegt wird.
Um die Eignung des Frameworks zu evaluieren, werden mehrere Aufgaben aus dem ersten Modul mit der jeweiligen Programmiersprache des Studiengangs Angewandte Informatik der Hochschule Offenburg betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass das Framework mit den Aufgaben umgehen und diese korrekt und verständlich darstellen kann.
Das Ziel dieser Arbeit ist die technische Konstruktion eines Prototyps für einen Kopf-und Rumpfsimulator aus dem 3D-Druck mit integriertem Zwei-Kanal-System zur Freifeldmessung akustischer Signale. Die akustischen Eigenschaften sind abhängig von der anatomischen Geometrie eines menschlichen Schädels und des Gehörs, somit soll die Konstruktion des Prototyps möglichst realitätsgetreu nachgeahmt werden. Der Prototyp soll technische Anforderungen wie den Ein- und Ausbau von unterschiedlichen Mikrofonen und Pinna-Modellen gewährleisten.
In the past ten years, applications of artificial neural networks have changed dramatically. outperforming earlier predictions in domains like robotics, computer vision, natural language processing, healthcare, and finance. Future research and advancements in CNN architectures, Algorithms and applications are expected to revolutionize various industries and daily life further. Our task is to find current products that resemble the given product image and description. Deep learning-based automatic product identification is a multi-step process that starts with data collection and continues with model training, deployment, and continuous improvement. The caliber and variety of the dataset, the design selected, and ongoing testing and improvement all affect the model's effectiveness. We achieved 81.47% training accuracy and 72.43% validation accuracy for our combined text and image classification model. Additionally, we have discussed the outcomes from the other dataset and numerous methods for creating an appropriate model.
The increasingly stringent CO2 emissions standards require innovative solutions in the vehicle development process. One possibility to reduce CO2 emissions is the electrification of powertrains. The resulting increased complexity, as well as the increased competition and time pressure make the use of simulation software and test benches indispensable in the early development phases. This publication therefore presents a methodology for test bench coupling to enable early testing of electrified powertrains. For this purpose, an internal combustion engine test bench and an electric motor test bench are virtually interconnected. By applying and extending the Distributed Co-Simulation Protocol Standard for the presented hybrid electric powertrain use case, real-time-capable communication between the two test benches is achieved. Insights into the test bench setups, and the communication between the test benches and the protocol extension, especially with regard to temperature measurements, enable the extension to be applied to other powertrain or test bench configurations. The shown results from coupled test bench operations emphasize the applicability. The discussed experiences from the test bench coupling experiments complete the insights.
Patients with focal ventricular tachycardia are at risk of hemodynamic failure and if no treatment is provided the mortality rate can exceed 30%. Therefore, medical professionals must be adequately trained in the management of these conditions. To achieve the best treatment, the origin of the abnormality should be known, as well as the course of the disease. This study provides an opportunity to visualize various focal ventricular tachycardias using the Offenburg heart rhythm model. Modeling and simulation of focal ventricular tachycardias in the Offenburg heart rhythm model was performed using CST (Computer Simulation Technology) software from Dessault Systèms. A bundle of nerve tissue in different regions in the left and right ventricle was defined as the focus in the already existing heart rhythm model. This ultimately served as the origin of the focal excitation sites. For the simulations, the heart rhythm model was divided into a mesh consisting of 5354516 tetrahedra, which is required to calculate the electric field lines. The simulations in the Offenburg heart rhythm model were able to successfully represent the progression of focal ventricular tachycardia in the heart using measured electrical field lines. The simulation results were realized as an animated sequence of images running in real time at a frame rate of 20 frames per second. By changing the frame rate, these simulations can additionally be produced at different speeds. The Offenburg heart rhythm model allows visualization of focal ventricular arrhythmias using computer simulations.
Patients with focal ventricular tachycardia are at risk of hemodynamic failure and if no treatment is provided the mortality rate can exceed 30%. Therefore, medical professionals must be adequately trained in the management of these conditions. To achieve the best treatment, the origin of the abnormality should be known, as well as the course of the disease. This study provides an opportunity to visualize various focal ventricular tachycardias using the Offenburg cardiac rhythm model.
The article investigates the development of a manufacturing route for highly porous titanium foams suitable for craniofacial surgery applications, particularly in cranioplasties. The study focuses on the polyurethane replication method for foam production and emphasizes reducing residual gas content, as it significantly affects the mechanical properties and suitability for approval of the foams. Various factors such as starting materials, solvent debinding, heating schedules, and hydrogen atmosphere are analyzed for their impact on residual gas content. It is shown that significant reductions in residual gas content can only be achieved by reworking each step of the process. A combination of initial solvent debinding of the PU template with dimethyl sulphoxide, reduction of suspension additives, use of coarser Gd. 1 powders, and an integrated debinding and sintering process under partial hydrogen atmosphere achieves a significant reduction in residual gas content. This way, the potential for producing titanium foams that comply with relevant standards for craniofacial implants is demonstrated.
Mit zunehmender Komplexität von Softwaresystemen wird es immer schwieriger Performance Auswirkungen durch Änderungen an der Software zu erkennen. Meist werden Performance-Probleme zu spät erkannt und die Ursachensuche stellt dann eine große Hearusforderung dar, da es viele Einflussfaktoren gibt und oft nicht bekannt ist, wie lange das Problem schon besteht. Hier setzt das kontinuierliche Performance Monitoring an, denn damit wird die Performance fortlaufend zu jeder Softwareversion gemessen und der Verlauf der Performance über die Zeit erfasst.
In dieser Arbeit wird ein Konzept zu diesem Monitoring entwickelt. Konkret wird dabei die Performance eines 2D Laserscanners untersucht, der mit der Zynq Ultrascale+ MPSoc Plattform realisiert wurde. Eine wichtige Komponente des Systems stellt das verwendetete Embedded Realtime Linux dar. Deshalb wird dessen Performance, anhand definierter Parameter aus der Literatur, gemessen. Dafür werden vorhandene Tools zum Auslesen dieser Parameter untersucht und schließlich eingesetzt, um diese auf dem System zu erfassen. Eine weitere wichtige Performancekenngröße stellen die Durchlaufzeiten von Daten durch das System dar. Diese Laufzeiten werden an bestimmten Punkten im C++ Programmcode gemessen und anschließend mit einer Python Anwendung ausgewertet.
Für jede neue Softwareversion wird automatisch eine Messung der Linux Performance, sowie der Durchlaufzeiten durchgeführt. Die dabei gewonnenen Daten werden mit einem Datei basierten Ansatz in Artifactory abgelegt, aus welchen schlussendlich Auswertungen, in Form von HTML Dateien, erstellt werden. Diese enthalten verschiedene Visualisierungen der Messergebnisse einer Messung, sowie den Verlauf der Durchschnittswerte je Softwareversion. Das Ausführen der Messungen auf dem Gerät, sowie die Auswertung der Messergebnisse führt ein dafür entwickeltes Python Programm aus.
In der vorliegenden Arbeit wird die Auswirkung der biomechanischen Stimulation (BMS) der Beinmuskulatur auf die Herzfrequenzvariabilität (HRV) untersucht. Die HRV charakterisiert die Variabilität der Intervalle aufeinanderfolgender Herzaktionen (beeinflusst durch das vegetative Nervensystem) und liefert Aussagen über die Qualität der Herz-Kreislaufregulation. Eine erhöhte körperliche Aktivität führt zu einer höheren HRV und einem besseren Gesundheitszustand. Die BMS ermöglicht das Hervorrufen einer natürlichen Muskelarbeit, die viel effektiver als ein konventionelles Training ist. Bei 8 Probanden im Alter zwischen 21 und 32 Jahren und mit Sinusrhythmus wurde der Einfluss der BMS (durchgeführt mit 12 Hz oder 16 Hz) auf die HRV analysiert. In der Arbeit werden 16 verschiedene HRV-Parameter (zeitbezogen, frequenzbezogen und nicht linear) auf Veränderungen hin untersucht.
Bei der Auswertung ergab sich eine signifikante Reduktion der mittleren Herzfrequenz nach der Stimulation bei 7 von 8 Testpersonen (p: 0,00687 < 0,5) und zeigte somit eine positive hämodynamische Wirksamkeit der BMS. Die LF-Power (Spektralleistung im niederfrequenten Bereich) mittels FFT reduzierte sich bei 7 von 8 Probanden (p: 0,3181 < 0,5), mittels AR sogar bei 8 von 8 Testpersonen (p: 0,03082 < 0,5). Anhand beider Parameter konnte somit eine Reduktion der sympathischen und parasympathischen Aktivität beobachtet werden. Eine Erhöhung der Tätigkeit des Parasympathikus konnte bei dem VLF% (prozentualer Anteil des sehr niederfrequenten Bereichs bezogen auf das Gesamtspektrum) beider Berechnungsmethoden nachgewiesen werden. Dort hat sich der Wert in beiden Fällen bei 7 von 8 Personen vergrößert. Der SD1-Wert (Standardabweichung der Punktabstände im Poincaré Plot - Querdurchmesser) hat sich bei 2 von 8 Testpersonen erhöht und dementsprechend auch die parasympathische Aktivität (p: 0,1292 < 0,5).
The goal of this thesis is to thoroughly investigate the concepts of stand-alone and decarbonization of optical fiber networks. Because of their dependability, fast speed, and capacity, optical fiber networks are vital inmodern telecommunications. Their considerable energy consumption and carbon emissions, on the other hand, constitute a danger to global sustainability objectives and must be addressed.
The first section of the thesis presents a summary of the current state of optical fiber networks, their
components, and the energy consumption connected with them. This part also goes over the difficulties of lowering energy usage and carbon emissions while preserving network performance and dependability.
The second section of the thesis focuses on the stand-alone idea, which entails powering the optical fiber network with renewable energy sources and energy-efficient technology. This section investigates and explores the possibilities of renewable energy sources like solar and wind power to power the network. It also investigates energy-efficient technologies like virtualization and cloud computing, as well as their potential to minimize network energy usage.
The third section of the thesis focuses on the notion of decarbonization, which entails lowering carbon emissions linked with the optical fiber network. This section looks at various carbon-reduction measures, such as employing low-carbon energy sources and improving energy efficiency. It also covers the relevance of carbon offsets and the difficulties associated with adopting decarbonization measures in the context of optical fiber networks.
The fourth section of the thesis compares the ideas of stand-alone and decarbonization. It investigates the advantages and disadvantages of each strategy, as well as their potential to minimize energy consumption and carbon emissions in optical fiber networks. It also explores the difficulties in applying these notions as well as potential hurdles to their wider adoption.
Finally, the need of addressing the energy consumption and carbon emissions connected with optical fiber networks is emphasized in this thesis.
It outlines important obstacles and potential impediments to adopting these initiatives and gives insights into potential ways for decreasing them.
It also makes suggestions for further study in this area.